16. Принцип действия и особенности безэталонного толщиномера.

Использование в УЗ-дефектоскопии хорошо известных в сейсмоакустике так называемых головных волн, имеющих скорость распространения, абсолютно равную скорости обычных объемных продольных волн, позволило создать некалибруемые толщиномеры, не уступающие по метрологическим характеристикам лучшим современным толщиномерам. В этих приборах одновременно с измерением временных интервалов между эхосигналами, прямо пропорциональных измеряемой толщине, производится измерение текущего значения скорости звука и автоматическая коррекция показаний прибора в соответствии с этим значением.

Рассмотрим упрощенную функциональную схему (рисунок 5.5) безэталонного эхоимпульсного толщиномера. Генератор 3 возбуждает прямой контактный совмещенный преобразователь 2. УЗ-импульсы через протектор 1 и слой смазки 10 попадают в изделие 11 и, отразившись от дна, возвращаются на преобразователь, сигналы с выхода которого через усилитель 6 поступают на вход В измерителя временных интервалов 4. На вход А измерителя поступают сигналы с того же генератора 3. Измеритель 4 преобразует временной интервал между моментами посылки УЗ-импульса в изделие и приема донного эхосигнала, например, в импульсы, число которых соответствует толщине измеряемого изделия d₁. Результат отображается цифровым индикатором.

Рисунок 5.5 – Схема безэталонного толщиномера

Правый край пьезоэлемента (излучателя) 2 излучает импульсы головных волн, которые принимаются преобразователем 8, расположенным на жестко фиксированном расстоянии d₂ от преобразователя 2. Сигналы с приемника головных волн 8 через усилитель 7 поступают на вход С измерителя временных интервалов 4, который построен таким образом, что число импульсов n на его выходе прямо пропорционально временному интервалу t₁ между импульсами, поступающими на вход А и В, и обратно пропорционально интервалу t₂ между импульсами на входах А и С.

Таким образом, число импульсов, отображаемое индикатором 5, определяется по формуле

, (5.7)

где c₁ и c₂ - скорости распространения продольных и головных волн в контролируемом изделии;

к - постоянный коэффициент.

Из данного выражения видно, что в результате равенства скоростей продольных и головных волн показания прибора зависят только от толщины измеряемого изделия.

Следует отметить, что приведенная формула справедлива лишь в том случае, если перед входами А и С измерителя интервалов 4 имеются линии задержки для учета погрешности из-за наличия протекторов.

17. Из-за чего возникает методическая погрешность при измерении толщины объектов?

Методическая погрешность толщиномеров является следствием того, что крутизна фронта эхо-импульсов, между которыми измеряется временной интервал t, конечна. При этом длительность интервала t, определяемая пороговыми устройствами 6 и 7, является функцией уровней отсчета U₁ и U₂ (рисунок 5.4), на которых этот интервал измеряется, а при постоянном уровне измерения — функцией амплитуды эхосигналов. Данная погрешность особенно сказывается на малых толщинах, т.к. в этом случае крутизна фронтов импульсов сравнима с измеряемыми интервалами.

Рисунок 5.4 – Схема измерения временных интервалов

Основными средствами уменьшения методической погрешности могут быть: увеличение амплитуды эхоимпульсов за счет увеличения возбуждающих импульсов, увеличения коэффициента усиления, снижения порогов срабатывания U₁ и U₂, повышения частоты заполнения УЗ-импульсов и, как следствие, увеличения крутизны фронтов эхосигналов.